钢结构设计基本原理课后答案--肖亚明.docx

钢结构设计基本原理课后答案--肖亚明 合肥工业大学出版社出版 （肖亚明主编） 第三章 1. 解：Q235钢、、 （1）采用侧面角焊缝 最小焊脚尺寸： 角钢肢背处最大焊脚尺寸： 角钢肢尖处最大焊脚尺寸： 角钢肢尖和肢背都取 查表3-2得：、 ， 所需焊缝计算长度： 焊缝的实际长度为： ，取240。 ，取140。 （2）采用三面围焊缝，取 正面角焊缝承担的内力为： 侧面角焊缝承担的内力为： 所需焊缝计算长度： 由于折算应力较接近，故取可满足要求。 （2）改取， 角焊缝受到轴力、剪力和弯矩的共同作用 角焊缝受到轴力为： 角焊缝受到剪力为： 角焊缝受到弯矩为： ， 最大正应力为： 不满足要求。 2. 解：Q235钢、 （1）角焊缝① 最小焊脚尺寸： 最大焊脚尺寸： 取 角焊缝①受到轴力和弯矩的共同作用 角焊缝受到轴力为： 角焊缝受到弯矩为： ， 最大正应力为： 满足要求。 （2）角焊缝②③ 角焊缝的有效截面如图所示 取 角焊缝有效截面形心位置： 剪力由腹板焊缝承担，腹板面积为： 全部焊缝对x轴的惯性矩为： 翼缘焊缝最外边缘的截面模量： 翼缘和腹板连接处的截面模量： 腹板底边缘处的截面模量： 弯矩： 由弯矩得最大应力为： 腹板的剪应力为： 翼缘和腹板连接处的折算应力； 满足要求。 3. 解：Q235钢、查附表1-2得，， 焊缝有效截面形心位置： 焊缝对x轴的惯性矩为： 翼缘焊缝边缘的截面模量： 翼缘和腹板连接处的截面模量： 腹板底边缘处的截面模量： 弯矩： 由翼缘上边缘处焊缝拉应力 得： 由腹板下边缘处焊缝压应力 得： 由腹板焊缝单独承担剪力，腹板的剪应力 得： 腹板下端点正应力、剪应力均较大，由腹板下端点的折算应力 得： 综上得该连接所能承受的最大荷载为。 4. 解：Q345B钢、， 角焊缝有效截面的形心位置： 截面的惯性矩： 扭矩： 由扭矩产生的最大应力 得： 得： 由力F产生的应力 得： 由最大应力点的折算应力 得： 综上得该连接所能承受的最大荷载为。 5. 解：Q235B钢、， 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 一侧所需的螺栓数目为：（个），取 螺栓的布置如图所示： 净截面强度验算： 螺栓群最外端净截面强度： 净截面强度满足要求。 6. 解：Q235钢、， ， 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 单个螺栓的抗拉承载力设计值： （1） 牛腿下支托承受剪力时 由受力最大的螺栓承受的拉力 得： 故支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为。 （2） 牛腿下支托不承受剪力时 由受力最大的螺栓承受的拉力 得： 由 得： 由剪力和弯矩共同作用下 得： 综上得支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为。 7. 解：Q345B钢 螺栓采用M22，C级，， 螺栓的布置如图所示 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 螺栓群承受剪力及扭矩的共同作用 扭矩： 受力最大的螺栓承受的应力为： 满足要求，故采用M22。 8. 解：高强螺栓8.8级，M20 （1）摩擦型连接 预拉力，接触表面用喷丸处理， 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 一侧所需的螺栓数目为：个，取 （2）承压型连接 ， 螺栓的布置如图所示 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 一侧所需的螺栓数目为：个，取 9. 解：高强螺栓10.9级，M22 （1）摩擦型连接 预拉力，接触表面用喷丸处理， ① 角钢肢与牛腿连接 取螺栓的个数为，栓距为80mm，端距50mm 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 此处连接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩 则受力最大的螺栓承受的应力为： 满足要求。 ② 角钢肢与柱翼缘连接 取螺栓的个数为，对称布置在牛腿两侧，栓距为80mm，端距50mm 此处连接承受剪力和弯矩的共同作用，弯矩 受力最大的螺栓承受的拉力为： 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 满足要求。 （2）承压型连接 ， ， ① 角钢肢与牛腿连接 取螺栓的个数为，栓距为80mm，端距50mm 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 此处连接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩 则受力最大的螺栓承受的应力为： 满足要求。 ② 角钢肢与柱翼缘连接 取螺栓的个数为，对称布置在牛腿两侧，栓距为80mm，端距50mm 单个螺栓的抗剪承载力设计值： 此处连接承受剪力和弯矩的共同作用，弯矩 受力最大的螺栓承受的拉力为： 满足要求。 第四章 三.计算题 1. 解：Q235 截面Ⅰ 净截面面积： 由应力， 得： 截面Ⅱ 净截面面积： 由应力 得： 综上得此拉杆所能承受的最大拉力为： 查型钢表得：， 查表4-2得：容许长细比 由长细比 ，得： 所以，此拉杆容许达到的最大计算长度为：。 2. 解：Q235钢，， AB柱为两端铰接轴心受压柱 截面几何特性： 长细比： 整体稳定：由长细比查表得稳定系数为：（b类），（b类） y轴整体稳定不满足要求； 由以上计算结果知，此柱在y轴的整体稳定承载力不满足要求，可在柱长的中点加侧向支撑来满足稳定承载力的要求。 3. 解：Q235钢， （1）截面a 截面几何特性： 长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类） 由整体稳定 得： 故截面a的柱所能承受的最大轴心压力设计值为：。 （2）截面b 截面几何特性： 长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类） 由整体稳定 得： 故截面b的柱所能承受的最大轴心压力设计值为：。 4. 解：Q235钢，， ， 取， 查表得：（b类），（b类） 所需截面面积： 由各截面回转半径的近似值查附表9-1得： ， 则 ， 选取截面 截面验算： 查型钢表得：，， 查表得：（b类），（b类） 满足要求，故选用。 5. 解：Q235钢，， ， （1）热轧工字钢 取， 查表得：（a类），（b类） 所需截面面积： 由各截面回转半径的近似值查附表9-1得： ， 则 ， 选取截面（h=450mm,b=150mm） 截面验算：b/h=0.333<0.8 查型钢表得：，， 查表得：（a类），（b类） 满足要求，故选用。 （2）3块剪切边的钢板焊成工字形截面 取， 查表得：（b类），（c类） 所需截面面积： 由各截面回转半径的近似值查附表9-1得： ， 则 ， 选取截面：翼缘板宽200mm，翼缘板厚12mm，腹板高250mm，腹板厚10mm 截面验算： 截面几何特性： 长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类） 满足要求 局部稳定： 满足要求 刚度、整体稳定及局部稳定均满足要求，故选用此截面。 （3）设计柱脚，基础混凝土的强度等级为C20 ，锚栓采用，则其孔面积约为5000mm2 1） 底板尺寸 底板所需面积 靴梁厚度取10mm 底板宽度： 底板长度： ，取360mm 采用，靴梁、肋板的布置如图所示 基础对底板的压应力为： 三边支承板： 区格① ，可按悬臂板计算 区格② ，可按悬臂板计算 四边支承板（区格③）： ，查表4-8得 底板厚度，取。 2）靴梁计算 靴梁与柱身的连接按承受柱的压力计算，为四条侧面角焊缝连接，取，则焊缝的计算长度为 取靴梁高即焊缝长度260mm。 靴梁与底板的连接焊缝传递柱压力，取，所需焊缝总计算长度为 焊缝的实际计算总长度超过此值。 靴梁作为支承于柱边的双悬臂简支梁，悬伸部分长度，取其厚度，底板传给靴梁的荷载 靴梁支座处最大剪力 靴梁支座处最大弯矩 靴梁强度满足要求。 3）肋板计算 将肋板视为支承于靴梁的悬臂梁，悬伸长度为取其厚度。其线荷载可偏安全假设为 肋板与底板的连接为正面角焊缝，取，焊缝强度为 肋板与靴梁的连接为侧面角焊缝，所受肋板的支座反力为 取，所需焊缝长度为 取肋板高度130mm。 肋板支座处最大剪力 肋板支座处最大弯矩 肋板强度满足要求。 200 70 70 10 120 110 110 10 10 10 ① ② ③ ④ 前面柱脚板件区格弯矩相差较大，重新设置肋板如上图 基础对底板的压应力为： 三边支承板： 区格① ，可按悬臂板计算 区格② ， 四边支承板（区格③）： ，查表4-8得 两边支承板（区格④）： ， 底板厚度，取。 6. 解：Q235钢，， （1）选取分肢截面尺寸（按实轴稳定条件确定） 取 查表得：（b类） 所需截面面积： 选取截面2[36b 截面验算： 查型钢表得：，，，， 长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类） 满足要求，故选用2[36b。 （2）确定分肢间距（按虚轴稳定条件确定） 取缀条，查得 查附表9-1得：，故，取。两槽钢翼缘间净距为，满足构造要求。 验算虚轴稳定： 查得：（b类） 满足要求。 （3）分肢稳定（只有斜缀条） 故分肢的刚度、强度和整体稳定无需进行验算，均满足要求。 （4）斜缀条稳定 柱剪力： 斜缀条内力： 查表得：（b类） 强度设计值折减系数查附表1-5得： 满足要求。 缀条无孔洞削弱，不必验算强度。缀条的连接角焊缝采用两面侧焊，按要求取；单面连接的单角钢按轴心受力计算连接时，。 则焊缝的计算长度： 肢尖与肢背焊缝长度均取50mm。 柱中间设置横隔，与斜缀条节点配合设置。 7. 解：Q235钢，， （1）选取分肢截面尺寸（按实轴稳定条件确定） 取 查表得：（b类） 所需截面面积： 查附表9-1得：，故 选取截面2[32a 截面验算： 查型钢表得：，，，， 长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类） 满足要求，故选用2[32a。 （2）确定分肢间距（按虚轴稳定条件确定） ，取 查附表9-1得：，故，取。两槽钢翼缘间净距为，满足构造要求。 验算虚轴稳定： ，取缀板净距 查得：（b类） 满足要求。 （3）分肢稳定 及40 故分肢的刚度、强度和整体稳定无需进行验算，均满足要求。 （4）缀板设计 纵向高度， 厚度，取。相邻缀板净距 ，相邻缀板中心矩。 缀板线刚度之和与分肢线刚度比值为： 缀板刚度满足要求。 柱